MRC技術(shù)的研究與應用

環(huán)球石油技術(shù)的江懷友沈平平?裘懌楠2胡海燕3劉萬(wàn)賦←崔麗雅(1.中國石油經(jīng)濟技術(shù)研究院;2.中國石油勘探開(kāi)發(fā)研究院3.中國石油勘探與生產(chǎn)分公司;4.中國石油天然氣集團公司咨詢(xún)中心;)摘要:MBC技術(shù)被國際石油專(zhuān)家們確認為21世紀初最具發(fā)展潛力的八項鉆井新技術(shù)之一,代表了石油鉆井技術(shù)的發(fā)展方向,因此,受到石油業(yè)界的高度關(guān)注。所謂MRC技術(shù),就是指從一個(gè)主井眼中鉆兩個(gè)或多個(gè)分支井眼的鉆井技術(shù),除了具有水平井的常規優(yōu)勢外,它可以鉆遇多個(gè)不同空間位置的產(chǎn)層,增大儲層鉆穿凡率和有效面積,提高單井油氣產(chǎn)量,其成本比單個(gè)水平井低。MRC技術(shù)現已成為油氣田開(kāi)發(fā)的一種重要技術(shù)在世界范圍內廣泛應用。研究和發(fā)展MRC技術(shù),開(kāi)釆儲層剩余油,必將為全球老油田的高水平、高效益開(kāi)發(fā)和可持續發(fā)展提供有力支持。關(guān)鍵詞:MRC技術(shù)分支井開(kāi)發(fā)油田、MRC技術(shù)發(fā)展現狀MRC技術(shù)是在水平井、定向井基礎上發(fā)展起來(lái)的一種鉆井技術(shù)。MRC技術(shù)( Maximum reservoir contact,油藏最大接觸位移技術(shù)),是指在一口主井眼(直井、定向直井抽排水分支水平井眼主水平并眼井水平井)中鉆出若干個(gè)進(jìn)入油氣藏的分支井眼的技術(shù)它可以從一個(gè)井眼中獲得最大的總水平位移,在相同或不同方向上鉆穿不同深度的多套油氣層(總接觸位移≥5km)(見(jiàn)圖1)。a穴溝通兩井1發(fā)展歷程中國煤化工分支井的概念起源于20世紀30年代,而首先開(kāi)展分CNMHG支井技術(shù)研究是在20世紀50年代。第一批多分支井鉆于圖1MRc技術(shù)示意圖42石油科技論壇2007.2前蘇聯(lián)的俄羅斯和阿塞拜疆、烏克蘭,但一開(kāi)始技術(shù)發(fā)展緩慢,主要原因是完井技術(shù)沒(méi)有過(guò)關(guān)。我國20世紀60年代初也曾在玉門(mén)油田進(jìn)行了研究與實(shí)踐,打成功了兩口井。到90年代末,全世界累計鉆分支井126口。1995年以后,隨著(zhù)水平井完井技術(shù)的發(fā)展和三維地震技術(shù)的普及,多分支井技術(shù)得到迅速發(fā)展。美國、加拿大、英國、法國、沙特等國家的多家石油公司對分支井的開(kāi)發(fā)應用給予了較大的投入,開(kāi)始集中力量解決分支井的完井系統問(wèn)題。完井工具和工藝技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)使分支井技術(shù)在世界圖4混合型多分支井范圍內被廣泛應用,并日益得到開(kāi)發(fā)。(A S. Dossary, 2003)2.分類(lèi)類(lèi)型3級別劃分根據分支井的數量、方向及與主井眼的連接方式,分TAML復雜性分級的依據是功能和連接的復雜性。支井可分為:疊加式雙或三水平分支井、反向雙分支井TAML是由德士古、殼牌等16家有鉆多分支井經(jīng)驗的二維雙水平分支井、二維三水平分支井、二維位移四分司和8家伙伴公司組成的公司集團,為多分支井發(fā)展提支水平井、二維反向四水平分支井、疊加/定向三分支出技術(shù)規范和方向,將TAML劃分為級別1至級別6共水平井、輻射狀四分支井、輻射狀三分支井、疊加輻射6個(gè)亞級狀四分支井。目前出現的分類(lèi)方法是將多分支井劃分為4.核心技術(shù)音叉型、魚(yú)骨型、混合型(見(jiàn)圖2至圖4)MRC技術(shù)是集井眼軌道設計、鉆井液設計、側鉆技術(shù)、完井技術(shù)和采油工藝于一體的新技術(shù)。目前國際著(zhù)名大公司,如斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯、威德福等都研發(fā)出自己的專(zhuān)利技術(shù)。哈里伯頓公司研發(fā)了分支井的鉆井、完井、開(kāi)采和分支井重新進(jìn)入等配套技術(shù)和工具裝備,擁有20余項專(zhuān)利技術(shù),技術(shù)水平在世界處于領(lǐng)先地位in查鞋二、適用于MRC技術(shù)的儲層地質(zhì)條件圖2音叉型多分支井該技術(shù)適合于碎屑巖、碳酸巖、變質(zhì)巖、巖漿巖儲層,(A S Dossary, 2003)適用于新老油田的低滲透油層、重油油藏、多層薄油藏、裂縫性油藏、復雜斷塊油藏以及煤層氣開(kāi)發(fā)。圖5是沙特阿拉伯國家石油公司 Delta油田的 Unayzah砂巖氣藏的口多分支井剖面,為3級智能完井。儲層為砂巖氣藏,開(kāi)采目的層為2個(gè)砂巖單元: Unayzah a和 UnayzahB。中間由粉砂巖單元分隔開(kāi)來(lái)國外油田應用情況卵0則7襯管鞋中國煤化工,如墨西哥灣、北海、3魚(yú)骨型多分支井中CNMHGpears and Associates(A.S. Dossary, 2003)公司統計,全世界分支井共計2481口,其中智能完井1522007.2石油科技論壇43環(huán)球石油從圖上可以看出設計井眼與實(shí)際鉆井井眼吻合得很好。A設計并眼軌跡13560TVD買(mǎi)際抖眼軌跡粉砂巖13780′TVDnay實(shí)際井眼軌跡王眼圖5沙特Deta油田D-10多分支井軌跡合效果好(Ginest, 2005)次,可膨脹實(shí)體管150次(30480m);可膨脹篩管150次分支眼1.MRC技術(shù)解決的實(shí)際問(wèn)題MRC技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)中可以解決如下問(wèn)題:一是通圖7SHYB-220并井眼軌跡過(guò)提高井眼與油藏的接觸長(cháng)度,增加泄油面積,提高單(N. G, Saleri, 2003)井生產(chǎn)能力;二是降低井數,并且降低打井時(shí)的地面設2)鉆井施工備,對于海上油田可減小平臺尺寸重量;三是降低鉆井SHYB-220井2002年3月7日開(kāi)鉆,采用智能完井方和生產(chǎn)的單位成本,從而降低油田的整體開(kāi)發(fā)成本四是式。主井及分支井的長(cháng)度、鉆進(jìn)時(shí)間、鉆速數據詳見(jiàn)表1。有效地應用有限的空間五是減少巖屑和鉆井液的排放,表1主井眼分支井眼鉆井數據表減少對環(huán)境的污染。類(lèi)型井深(rt)坻度(r)的間()鉆速(tn)2.典型井MRC技術(shù)解剖160269796分支L116150535039.1隨著(zhù)石油工業(yè)界對分支井認識的不斷深入,發(fā)達國分支L216246150家鉆分支井的技術(shù)日漸成熟,已經(jīng)能夠完成各種難度等分支L312755級的分支井作業(yè)。下面以SHYB-220井為實(shí)例作詳細解分支L411256剖。該井是沙特阿拉伯國家石油公司 Shay bah油田海相2964沉積儲層的一口多分支井,2002年投產(chǎn)(見(jiàn)圖6)。11275分支L7956411237合計1158108·L水平共3)油藏地質(zhì)特征儲層為海相沉積。以巖心、測井曲線(xiàn)和以前的研究成果為依據,通過(guò)孔隙度和伽馬值確定巖相。劃分的巖相有: Deep Algal Platform(深海藻臺地相)、 AlgalPlatforn(海藻臺地相)、 Lithocodium/ Coral(珊瑚相)圖6 Shaybah油田開(kāi)發(fā)井位圖Deep lagoon(深瀉湖相)、 Shallow Lagoon(淺瀉湖(N. G. Saleri, 2003)相)、 Deep Slope(深斜坡相)、 Shallow Slope(淺斜坡1)井眼軌跡設計相)、 Fore Bank(灘前相)、 Back Bank(灘后相)、 Rudist單井軌跡設計如下:主井眼平行于構造(3km長(cháng));(厚殼蛤類(lèi)、固著(zhù)蛤類(lèi)相)。 Back Bank(灘后相)為目分支井眼(Ll,L2)平行于主井眼;其他6個(gè)分支井眼的中國煤化工(L3,L4,L5,L6,L7,L8)與主井眼成30°角;目的CNMH井眼深度在氣頂以下層在油水界面以上60in,油氣界面以下50in(見(jiàn)圖7)。和油柱邊界丙(見(jiàn)圖944石油科技論2007.2sHYB-2eb淺污巖石相sHIB-toN進(jìn)巖石相孔原度圖11SHYB-220井主井眼與分支井眼穿過(guò)剖面圖8伽馬和孔隙度測井曲線(xiàn)確定的巖相N. G. Saleri, 2003)(N G Saleri, 2003)淺石相圖12SHYB-220井主井眼與分支井眼巖相邊界圖9SHYB-220井主井眼相關(guān)的地層橫剖面(N. G. saleri, 2003)(N. G. Saleri, 2003)技術(shù)成熟。主井眼=表2SHYB-220等3口多分支井生產(chǎn)數據L6 L8油投產(chǎn)井口壓力油嘴采油指數井號(Mba)日期(ps)(%)(stba/ps)SHY8-22012202-111940102圖10SHYB-220井主井眼與分支井眼電相描述SHYB-3801002-81060120根據伽馬曲線(xiàn)和孔隙度、電阻率曲線(xiàn)組合證實(shí),主井5)經(jīng)濟評價(jià)眼、分支井眼鉆遇的是灘后相集合體,很少有厚殼蛤類(lèi)M凵中國煤化工單位開(kāi)發(fā)成本明顯下瀉湖、珊瑚相,達到了只鉆入目的層,保護其他儲層的降,CNMHG益率增值明顯。以1km效果(見(jiàn)圖10至圖12)地質(zhì)設計與儲層特征吻合,MRC水平井為基準點(diǎn),SHYB-22,并單位開(kāi)發(fā)成本下降4倍2007.2石油科技論壇45環(huán)球石油(見(jiàn)圖13)。多分支井含剩油的坨狀砂體坨狀砂體圖14分支井與剩余油關(guān)系圖MRC經(jīng)過(guò)儲層長(cháng)度(km)點(diǎn)壩砂體的儲層概念模型——半連通體模式(見(jiàn)圖圖13單位成本與油藏接觸距離關(guān)系圖15)。它表征了點(diǎn)壩側積砂體與側積泥質(zhì)隔夾層的組合特(N. G. Saler, 2003)征,其下半部連通,上半部不連通,即所謂的“半連通體”。四、中國陸相儲層MC技術(shù)應用模式=5=236典型砂體面MRC技術(shù)是繼定向井、側鉆井、水平井技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的新的鉆井技術(shù),由于它增加了泄油面積,可大比是少幅提高新老油田產(chǎn)量,開(kāi)采速度及最終采收率,成為21世層內災層分布模式分支井布位紀受高度重視的技術(shù)。目前,全球許多老油田已進(jìn)入高含水甚至特高含水開(kāi)發(fā)階段,隨著(zhù)含水率的上升,剩余油在空間分布零散。圖15分支井位置及曲流河砂體夾層分布圖運用MRC技術(shù)挖掘剩余油,減緩產(chǎn)量遞減提高采收率,在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中,若注采井方向與河流走向垂直改善開(kāi)發(fā)效果,將是今后發(fā)展的重點(diǎn)和方向。在將來(lái)較則井間的泥質(zhì)側積層會(huì )阻礙注入水的驅替,造成點(diǎn)壩上長(cháng)一段時(shí)間內成為全球低成本IOR技術(shù),在世界范圍內部的驅替效率低甚至無(wú)驅替,形成剩余油,而點(diǎn)壩下部廣泛應用。驅替效率很高且可能發(fā)生竄流,從而嚴重影響注水開(kāi)發(fā)1.MRC技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)中應用機理效果,因此對于這類(lèi)儲層,要合理布置注采井網(wǎng),以避MRC技術(shù)使井與油藏的接觸面積擴展,井與剩余免開(kāi)發(fā)戰略的失誤。油接觸的準確度提高。應用MRC技術(shù)挖潛剩余油原理在剖面上,分支井平行于河道砂頂面,位置在河道砂如下上部的側積泥質(zhì)條帶垂向上的中間位置,或稍向上部布(1)MRC技術(shù)在空間定向上具有靈活性,將分支井井(見(jiàn)圖16)伸向剩余油部位,如三角洲前緣相泥包砂等坨狀儲層,可平面上,分支井方向與側積泥質(zhì)條帶要有夾角,不能獲得較好的經(jīng)濟效益(見(jiàn)圖14)。平行于側積泥質(zhì)條帶,否則由于側積泥質(zhì)條帶的遮擋作(2)利用使用MRC技術(shù)可以增大與油層接觸的面用出現只采無(wú)注,影響開(kāi)發(fā)效果。積,提高剩余油鉆穿幾率的優(yōu)勢,繞過(guò)精細描述河道砂同時(shí)封堵油層底部特高滲透水竄層,可使注入水改頂部的困難只要能相對精細地描述河道砂頂部剩余油,向,啟動(dòng)低滲透層剩余油,擴大注入水波及系數,提高即可將其采出,降低了地質(zhì)設計風(fēng)險。水驅采收率。2挖掘河道砂頂部剩余油中國煤化工河流相不同沉積模曲流河道相儲層以其分布廣泛、儲量豐富而聞名于式CNMHG曲分流河道砂體。世因而也成為最重要的儲層類(lèi)型之3挖掘三角洲前緣相砂體剩余油46轄壇2007.2的剩余油部位(見(jiàn)圖18)。多分支井圖16曲流河分支井布井平面圖圖18老君廟油田油藏構造與分支井布井圖據王乃舉整理,199砂體為三角洲內前緣枝狀、坨狀、過(guò)渡狀和外前緣穩定、不穩定席狀、過(guò)渡型席狀。沉積時(shí)河流作用較弱,三5.挖掘裂縫性潛山基巖油藏剩余油角洲前緣相沉積時(shí)湖浪改造作用強,河流作用弱。儲層中國的裂縫性潛山油藏多屬于斷塊古潛山油藏,儲物性逐漸變差層為古生代海相沉積的基巖,生油層為中、新生代陸相平面上,分支井與水下分流河道砂體或席狀砂體走沉積的泥巖,屬于“新生古儲”油藏。儲層巖性為碳酸鹽向平行,開(kāi)發(fā)橫流帶方向的剩余油(見(jiàn)圖17)。巖、變質(zhì)巖和火成巖。應用MRC技術(shù)進(jìn)行裂縫性潛山基巖油藏剩余油挖潛如圖19所示。第四系上第三系多分支井多分支抖分支方向多分支分支方向多分支井分支方圖19龍虎莊奧陶系斷階潛山油藏造剖面與分支井布井圖河道稅、表內球砂表外尖滅6挖掘多層砂巖油藏剩余油圖17前緣相分支井布井平面圖世界的大型油田多屬此類(lèi)。這類(lèi)油田均具有中、高滲剖面上,對于席狀砂分支井應布在砂體垂向上的中間位透率儲層,成藏圈閉條件以各種成因的背斜構造或被斷層置,對于水下分流河道砂體,分支井布于河道砂體的上部。復雜化的背斜構造為主,構造形態(tài)比較完整且相對簡(jiǎn)單4.挖掘復雜斷塊油藏剩余油構造面積大,構造閉合高度達數百米。油層上傾方向被斷層遮擋形成圈閉的油藏稱(chēng)為斷塊河流一三角洲體系沉積的多層砂巖儲層是這類(lèi)油藏油藏;以斷塊油藏為主的油田稱(chēng)為斷塊油田;地質(zhì)儲量的首要特點(diǎn)。湖盆長(cháng)軸方向地形開(kāi)闊、坡度較小,河流體半以上儲存于面積小于Ikm斷塊的油田稱(chēng)為復雜斷塊系源遠流長(cháng),辮狀河、曲流河發(fā)育,河流攜帶碎屑物注入油田。斷塊油田中油氣分布有利的砂體是以河流相砂體湖泊,在河口淺水緩坡處卸載,形成一個(gè)完整的“河流和三角洲相砂體類(lèi)型為主,也有少量水下扇和扇三角洲中國煤化工油田一般是分布于盆沉積砂體類(lèi)型。地同CNMHG系中。應用MRC技術(shù)應用MRC技術(shù)進(jìn)行剩余油挖潛時(shí),分支井伸向斷塊開(kāi)展多層油藏剩余油挖潛如圖20所示2007.2石油科技論壇4環(huán)球石油多分支井Reservior Contact Wells With Smart Completions in the[5 AL-Dossary A S First Installation of HydraulicFlow Control System IN Saudi A Franco. SPE 931836] Ginest N H First Deep Multi-Lateral Gas WellsObjectives, What We Got, Lessons Learned and NextSteps. SPE 93530圖20多層油藏不穩定互層型儲層與分支井布井圖(據隋軍整理,2000J Siddiaul S. Techniques for Extracting ReliableDensity and Porosity Data From cuttings. SPE 96918五、結論與認識[8] Kanj M Y. Taming Complexities of CoupledMRC技術(shù)除具有水平井的常規優(yōu)勢外,還能增大儲 Geomechanics in Rock Testing: From Assessing Reservior層鉆穿幾率和有效面積,提供多種泄油模式,控制底水 Compaction to Analyzing stability of Expandable sand錐進(jìn)和延緩邊水推進(jìn)速度。由于MRC技術(shù)可以大幅度提 Screens and Solid Tubulars.SPE97022高單井產(chǎn)量,提高開(kāi)采速度,提高最終采收率,并且有[9] AL-Otaibi M B. Wellbore Cleanup by Water助于解決特殊油藏的開(kāi)采問(wèn)題,減少開(kāi)發(fā)鳳險,降低開(kāi)| Jetting and Enzyme Treatments in MRC Wel:case發(fā)成本,經(jīng)濟效益明顯,已受到石油業(yè)界的高度關(guān)注,Histories. SPE97427適合于應用MRC技術(shù)的儲層條件有:水錐造成的死[10] AL-Jeffre A M. World's First MRC Window油區和閣樓油、透鏡體油氣藏、薄油氣藏及低滲透油藏Exits out of Solid Expandable open-hole Liner in the高黏度稠油藏、滲透率不同需水驅的儲層、有多組天然Shaybah Field, SaudI Arabia. SPE97427[11] Perez-Tellez, Carlos. Improved Bottomhole裂縫的油氣藏、高定向滲透性?xún)?、致密砂巖油氣藏、自Pressure Control for Underbalanced Drilling Operations然瀝青油藏等。適合于應用MRC技術(shù)的巖性有碎屑巖Ph. D. Dissertation. Louisiana State University and碳酸鹽巖、變質(zhì)巖、巖漿巖。Agricultural Me-chanical College, 2003應用MRC技術(shù)挖潛剩余油,是油藏精細描述發(fā)展過(guò)[12] Hottman W E Multilateral and Multibranch Wells程中提高采收率的有效手段。隨著(zhù)該項的進(jìn)步及在油田for Mature Reservoirs. SPE 3705開(kāi)發(fā)中應用,必將為全球老油田的高水平、高效益開(kāi)發(fā)[13] Themig D. Planning and Evaluation Are crucial和可持續發(fā)展作出積極貢獻。to Multilateral Wells. Petroleum Engineer international參考文獻[14] Smith R C. The Lateral Tie-back System[1] Saleri N G. Salamy S P. SHAYBAH-220: A The Ability to DriHand Case Multiple Laterals. IADC/Maximum Reservoir Contact (MRc) Well and ItsSPE27436Implications for Developing tight Facies Reservoirs[15]Baryshnikov A, Calderoni A, Ligrone A, FerraraSPE81487P. A New Approach to The Analysis of Drillstring Fatigue[2] Dossary A S. 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